- •Технические измерения и приборы
- •Введение
- •Измеряемые и регулируемые величины
- •1. Государственная система приборов
- •1.1. Основные понятия и определения гсп
- •1.2. Принципы построения гсп
- •1.3. Классификация средств измерения и автоматизации гсп
- •1.3.1. Функциональные группы изделий гсп
- •1.3.2. Примеры агрегатных комплексов
- •1.4. Основные ветви системы
- •Контрольные вопросы
- •2. Общие характеристики средств измерения
- •2.1. Классификация средств измерения
- •2.1.1. Классификация компонентов измерительных устройств
- •2.2. Типовые структурные схемы измерительных устройств
- •2.2.1. Структурные схемы средств измерения неэлектрических величин
- •2.2.2. Структурные схемы измерительных систем
- •2.3. Статические характеристики и параметры измерительных устройств
- •2.4. Динамические характеристики измерительных устройств
- •2.5. Погрешности средств измерений
- •2.6. Нормирование метрологических характеристик средств измерений
- •2.6.1. Нормирование метрологических характеристик измерительных устройств
- •2.6.2. Нормирование метрологических характеристик измерительных систем
- •Контрольные вопросы
- •3. Измерительные информационные системы
- •3.1. Основные понятия об измерительных информационных системах
- •3.1.1. Поколения измерительных информационных систем
- •3.1.2. Классификация иис
- •3.1.3. Требования, предъявляемые к иис
- •3.1.4. Основные компоненты иис
- •3.2. Виды информационно-измерительных систем
- •3.2.1. Измерительные системы
- •3.2.1.1. Многоканальные ис
- •3.2.1.2. Сканирующие ис
- •3.2.1.3. Ис параллельно-последовательного действия (многоточечные)
- •3.2.2. Системы автоматического контроля
- •3.2.3. Системы технической диагностики
- •3.2.4. Система телеизмерения
- •3.2.5. Перспективы развития иис
- •Контрольные вопросы
- •4. Электрические измерения и приборы
- •4.1. Аналоговые средства измерений
- •4.1.1. Электромеханические приборы
- •4.1.1.1. Приборы магнитоэлектрической системы
- •4.1.1.2. Гальванометры
- •4.1.1.3. Приборы электромагнитной системы
- •4.1.2. Компенсаторы постоянного тока
- •4.1.3. Электронные аналоговые вольтметры
- •4.2. Цифровые электронные вольтметры
- •4.2.1. Цифровой вольтметр с глин
- •4.2.2. Времяимпульсный цифровой вольтметр двойного интегрирования
- •4.3. Измерение параметров элементов электрических цепей
- •4.3.1. Метод вольтметра-амперметра
- •4.3.2. Метод непосредственной оценки
- •4.3.2.1. Электромеханические омметры
- •4.3.2.2. Электронные омметры
- •4.3.3. Компенсационный метод измерения сопротивлений
- •4.3.4. Метод дискретного счета
- •4.4. Электронно-счетный частотомер
- •Контрольные вопросы
- •5. Передающие преобразователи неэлектрических величин
- •5.1. Дифференциально-трансформаторные преобразователи
- •5.2. Передающие преобразователи с магнитной компенсацией
- •5.3. Электросиловые преобразователи
- •5.4. Измерительные тензопреобразователи
- •Контрольные вопросы
- •6. Измерение температур
- •6.1. Практические температурные шкалы
- •Средства измерения температур
- •6.2. Термометры расширения
- •6.2.1. Стеклянные жидкостные термометры
- •Технические электроконтактные термометры
- •6.2.2. Манометрические термометры
- •6.2.2.1. Газовые манометрические термометры
- •6.2.2.2. Жидкостные манометрические термометры
- •6.2.2.3. Конденсационные манометрические термометры
- •6.3. Термоэлектрические термометры
- •6.3.1. Характеристики материалов для термоэлектрических преобразователей
- •6.3.2. Конструкция термоэлектрических термометров
- •6.3.3. Удлиняющие термоэлектродные провода
- •6.4. Термометры сопротивления
- •6.4.1. Медные термометры сопротивления
- •6.4.2. Никелевые термометры сопротивления
- •6.4.3. Платиновые термометры сопротивления
- •6.4.4. Неметаллические термометры сопротивления
- •6.4.5. Устройство термометров сопротивления
- •6.4.6. Способы подключения термометров сопротивления
- •6.4.6.1. Двухпроводная схема подключения
- •6.4.6.2. Трехпроводная схема подключения
- •6.4.6.3. Четырехпроводная схема подключения
- •6.5. Динамическая характеристика термопреобразователей
- •6.6. Промышленные термопреобразователи
- •6.6.1. Преобразователи термоэлектрические тха «Метран-201» и тхк «Метран-202»
- •6.6.2. Термопреобразователи сопротивления медные взрывозащищенные тсм «Метран-253» (50м) и тсм «Метран-254» (100м)
- •6.6.3. Термопреобразователи сопротивления платиновые тсп «Метран-245»; «Метран-246»
- •6.6.4. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом тхау «Метран-271», тсму «Метран-274», тспу «Метран-276»
- •6.6.5. Термопреобразователи микропроцессорные тхау «Метран-271мп», тсму «Метран-274мп», тспу «Метран-276мп»
- •6.6.6. Интеллектуальные преобразователи температуры «Метран-281», «Метран-286»
- •Контрольные вопросы
- •7. Измерение давления
- •7.1. Классификация манометров
- •7.1.1. По виду измеряемого давления
- •7.1.2. По принципу преобразования измеряемого давления
- •7.2. Деформационные манометры
- •7.2.1. Трубчато-пружинные манометры
- •7.2.2. Электроконтактные манометры
- •7.2.3. Манометры с дтп
- •7.2.4. Манометры с компенсацией магнитных потоков
- •7.2.5. Преобразователи давления с силовой компенсацией
- •7.2.6. Сильфонные манометры и дифманометры
- •7.2.7. Мембранные манометры и дифманометры
- •7.3. Пьезоэлектрические манометры
- •7.4. Манометры с тензопреобразователями
- •7.5. Методика измерения давления и разности давлений
- •Контрольные вопросы
- •8. Измерение уровня
- •8.1. Уровнемеры с визуальным отсчетом
- •8.2. Гидростатические уровнемеры
- •8.3. Поплавковые и буйковые уровнемеры
- •8.4. Емкостные уровнемеры
- •8.5. Индуктивные уровнемеры
- •8.6. Ультразвуковые уровнемеры
- •Контрольные вопросы
- •9. Измерение расхода
- •9.3. Измерение расхода по переменному перепаду давления
- •9.3.1. Расходомеры с сужающими устройствами
- •9.3.2. Измерение расхода по переменному перепаду давления в осредняющей напорной трубке
- •9.4. Расходомеры постоянного перепада
- •9.4.1. Ротаметры
- •9.4.2. Тахометрические расходомеры
- •9.4.3. Электромагнитные расходомеры
- •9.9. Схема расходомера с электромагнитом
- •9.4.4. Ультразвуковые расходомеры
- •9.4.5. Вихревые расходомеры
- •9.4.6. Вихреакустические расходомеры
- •9.12. Схема проточной части расходомера «Метран 300 пр»
- •9.4.7. Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры
- •9.5. Обзор имеющихся расходомеров
- •Контрольные вопросы
- •10. Измерение положения, скорости, ускорения
- •10.2. Фотоэлектрические преобразователи положения
- •10.3. Кодовые датчики положения
- •10.4.3. Импульсные датчики скорости
- •10.5. Инерционные датчики ускорения, скорости, положения
- •Контрольные вопросы
- •11. Метрологическое обеспечение измерений
- •11.1. Передача размера единиц измерения
- •11.2. Регулировка, градуировка и поверка средств измерений
- •11.3. Метрологическое обеспечение средств измерений давления
- •Грузопоршневые манометры
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Список литературы
ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
Технические измерения и приборы
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ПЕРМЬ 2012
Оглавление
Введение 6
Измеряемые и регулируемые величины 7
1. Государственная система приборов 9
1.1. Основные понятия и определения ГСП 10
1.2. Принципы построения ГСП 11
1.3. Классификация средств измерения и автоматизации ГСП 13
1.3.1. Функциональные группы изделий ГСП 14
1.3.2. Примеры агрегатных комплексов 15
1.4. Основные ветви системы 16
Контрольные вопросы 18
2. Общие характеристики средств измерения 19
2.1. Классификация средств измерения 19
2.1.1. Классификация компонентов измерительных устройств 21
2.2. Типовые структурные схемы измерительных устройств 23
2.2.1. Структурные схемы средств измерения неэлектрических величин 23
2.2.2. Структурные схемы измерительных систем 26
2.3. Статические характеристики и параметры измерительных устройств 27
2.4. Динамические характеристики измерительных устройств 29
2.5. Погрешности средств измерений 34
2.6. Нормирование метрологических характеристик средств измерений 42
2.6.1. Нормирование метрологических характеристик измерительных устройств 42
2.6.2. Нормирование метрологических характеристик измерительных систем 44
Контрольные вопросы 45
3. Измерительные информационные системы 47
3.1. Основные понятия об измерительных информационных системах 47
3.1.1. Поколения измерительных информационных систем 47
3.1.2. Классификация ИИС 48
3.1.3. Требования, предъявляемые к ИИС 49
3.1.4. Основные компоненты ИИС 50
3.2. Виды информационно-измерительных систем 51
3.2.1. Измерительные системы 51
3.2.2. Системы автоматического контроля 54
3.2.3. Системы технической диагностики 56
3.2.4. Система телеизмерения 57
3.2.5. Перспективы развития ИИС 58
Контрольные вопросы 59
4. Электрические измерения и приборы 60
4.1. Аналоговые средства измерений 61
4.1.1. Электромеханические приборы 62
4.1.2. Компенсаторы постоянного тока 73
4.1.3. Электронные аналоговые вольтметры 75
4.2. Цифровые электронные вольтметры 79
4.2.1. Цифровой вольтметр с ГЛИН 81
4.2.2. Времяимпульсный цифровой вольтметр двойного интегрирования 83
4.3. Измерение параметров элементов электрических цепей 87
4.3.1. Метод вольтметра-амперметра 88
4.3.2. Метод непосредственной оценки 90
4.3.3. Компенсационный метод измерения сопротивлений 94
4.3.4. Метод дискретного счета 95
4.4. Электронно-счетный частотомер 97
Контрольные вопросы 100
5. Передающие преобразователи неэлектрических величин 101
5.1. Дифференциально-трансформаторные преобразователи 102
5.2. Передающие преобразователи с магнитной компенсацией 106
5.3. Электросиловые преобразователи 110
5.4. Измерительные тензопреобразователи 112
Контрольные вопросы 114
6. Измерение температур 116
6.1. Практические температурные шкалы 116
Средства измерения температур 119
6.2. Термометры расширения 119
6.2.1. Стеклянные жидкостные термометры 119
Технические электроконтактные термометры 121
6.2.2. Манометрические термометры 123
6.3. Термоэлектрические термометры 126
6.3.1. Характеристики материалов для термоэлектрических преобразователей 131
6.3.2. Конструкция термоэлектрических термометров 135
6.3.3. Удлиняющие термоэлектродные провода 138
6.4. Термометры сопротивления 139
6.4.1. Медные термометры сопротивления 141
6.4.2. Никелевые термометры сопротивления 141
6.4.3. Платиновые термометры сопротивления 142
6.4.4. Неметаллические термометры сопротивления 143
6.4.5. Устройство термометров сопротивления 144
6.4.6. Способы подключения термометров сопротивления 146
6.5. Динамическая характеристика термопреобразователей 151
6.6. Промышленные термопреобразователи 151
6.6.1. Преобразователи термоэлектрические ТХА «Метран-201» и ТХК «Метран-202» 151
6.6.2. Термопреобразователи сопротивления медные взрывозащищенные ТСМ «Метран-253» (50М) и ТСМ «Метран-254» (100М) 152
6.6.3. Термопреобразователи сопротивления платиновые ТСП «Метран-245»; «Метран-246» 152
6.6.4. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом ТХАУ «Метран-271», ТСМУ «Метран-274», ТСПУ «Метран-276» 153
6.6.5. Термопреобразователи микропроцессорные ТХАУ «Метран-271МП», ТСМУ «Метран-274МП», ТСПУ «Метран-276МП» 153
6.6.6. Интеллектуальные преобразователи температуры «Метран-281», «Метран-286» 154
Контрольные вопросы 156
7. Измерение давления 157
7.1. Классификация манометров 158
7.1.1. По виду измеряемого давления 158
7.1.2. По принципу преобразования измеряемого давления 158
7.2. Деформационные манометры 159
7.2.1. Трубчато-пружинные манометры 162
7.2.2. Электроконтактные манометры 163
7.2.3. Манометры с ДТП 164
7.2.4. Манометры с компенсацией магнитных потоков 165
7.2.5. Преобразователи давления с силовой компенсацией 166
7.2.6. Сильфонные манометры и дифманометры 167
7.2.7. Мембранные манометры и дифманометры 168
7.3. Пьезоэлектрические манометры 170
7.4. Манометры с тензопреобразователями 171
7.5. Методика измерения давления и разности давлений 175
Контрольные вопросы 179
8. Измерение уровня 180
8.1. Уровнемеры с визуальным отсчетом 180
8.2. Гидростатические уровнемеры 181
8.3. Поплавковые и буйковые уровнемеры 186
8.4. Емкостные уровнемеры 189
8.5. Индуктивные уровнемеры 192
8.6. Ультразвуковые уровнемеры 192
Контрольные вопросы 195
9. Измерение расхода 196
9.3. Измерение расхода по переменному перепаду давления 197
9.3.1. Расходомеры с сужающими устройствами 197
9.3.2. Измерение расхода по переменному перепаду давления в осредняющей напорной трубке 201
9.4. Расходомеры постоянного перепада 203
9.4.1. Ротаметры 204
9.4.2. Тахометрические расходомеры 207
9.4.3. Электромагнитные расходомеры 211
9.4.4. Ультразвуковые расходомеры 216
9.4.5. Вихревые расходомеры 222
9.4.6. Вихреакустические расходомеры 223
9.4.7. Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры 225
9.5. Обзор имеющихся расходомеров 231
Контрольные вопросы 233
10. Измерение положения, скорости, ускорения 234
10.2. Фотоэлектрические преобразователи положения 234
10.3. Кодовые датчики положения 238
10.5. Инерционные датчики ускорения, скорости, положения 240
Контрольные вопросы 242
11. Метрологическое обеспечение измерений 242
11.1. Передача размера единиц измерения 243
11.2. Регулировка, градуировка и поверка средств измерений 244
11.3. Метрологическое обеспечение средств измерений давления 247
Контрольные вопросы 248
Заключение 249
Список литературы 251
«В физике существует только то, что можно измерить»
Макс Планк